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산업바이오&ICT
태양이 지구에 미치는 나쁜 영향
태양은 지구 모든 곳의 통신과 전력망도 마비시킬 수 있다. 그러면 사람들은 우주 기상 예보관인 타미타 스코브가 필요하다.







2013년 6월 18일 일몰 직후, 한 여자가 메사추세츠 주 벨몬트의 브라이튼 스트리트에서 미니밴을 운전하고 있었다. 차의 GPS는 우회전을 지시했다. 그러나 위성 데이터로 안내되는 금속성이 안내한 곳은 잘못된 길인 철도 위였다. 그녀는 차를 빼보려고 했지만, 차가 꼼짝도 하지 못했다. 그녀가 안전벨트를 풀고, 함께 타고 있던 두 아이를 데리고 차에서 내리자마자 달려온 열차가 밴에 충돌해 박살내고 말았다. 얼마 안 있어 누군가가 이 사고 소식을 우주 물리학자 타미타 스코브에게 제보했다. 스코브는 문제를 일으킨 GPS의 작동은 보지 않았지만 대신 태양의 움직임은 봤다. 태양은 일견 조용하고 안정된 것처럼 보이지만 그 표면은 끊임없이 요동치고 있다. 태양 표면에는 점이 생기고, 그 색이 짙어진다. 태양의 여러 지역들을 잇는 플라즈마 고리들도 생긴다. 태양의 대기는 태양의 지름보다도 더 멀리 뻗어나간다. 방사능 폭발인 태양 플레어, 태양 물질의 폭발인 코로나 질량 분출 등의 활동도 있다. 이 모든 태양 활동들은 지구 자기장 및 대기권 상층을 교란한다. 그러면 전기나 전파에 의존하는 GPS 수신기 같은 장비들도 교란된다. 이러한 지구와 태양 간의 상호작용을 우주 기상이라고 한다. 이것이 스코브의 전문 분야다.

당시 스코브는 마치 텔레비전에서 일기예보를 하는 알 로커처럼 우주 기상 예보를 하는 웹 비디오 시리즈를 막 시작한 참이었다. 이 비디오에서 그녀는 태양이 지구에 미치는 영향을 설명했다. 많지는 않지만 열성적인 시청자들을 모았다. 자동차 애호가들은 이미 시리우스XM 서비스가 제대로 나오지 않을 때 제보를 하기 시작했다. 항공기 조종사들과 택시 운전수들도 네비게이션이 이상해지면 제보를 해주었다.

이러한 제보 건수 중 상당수는 차량 GPS가 철길 등 도로가 아닌 곳을 지시한다는 내용이었다. 그 시각은 특히 새벽과 일몰시가 많았다. 처음에 스코브는 이런 내용들을 그리 대수롭지 않게 생각했다.

그러나 비슷한 보고가 계속 들어오자, 그녀는 에어로스페이스 코퍼레이션의 대기 전문가와 상담했다. 에어로스페이스 코퍼레이션은 연방 정부의 자금 지원을 받는 연구개발본부로, 스코브도 이 곳에서 연구 과학자로 일하고 있다. 스코브는 전문가에게 뭔가 이유가 있기 때문에 이런 거냐고 물었다. 전문가는 그렇다고 대답했다. 대기는 일출과 일몰시에 항상 불안정하기 때문이다. 그렇다면 거기에 태양 플레어가 더해진다면 상황이 매우 크게 달라진다고 전문가는 답했다. 스코브는 록히드 마틴 태양 우주물리학 연구소의 웹사이트를 찾아, 앞서 말한 여성의 교통 사고 당시 태양 플레어가 있었는지를 살폈다. 태양 플레어가 있었다. 중간 규모의 C급 폭발이었다.

이런 C급 플레어 같은 작은 태양 현상 하나를 특정 문제에 확실히 결부시키기는 어렵다. 특히 미니밴의 GPS가 오작동해서 운전자를 제대로 된 길이 아닌 철도로 안내하는 것 같은 작은 문제는 더 그렇다. 이런 사고는 과학자들도 그 인과관계를 확실히 증명하지 못했지만, 그래도 스코브는 이런 사고를 확실한 증거로 보았다. 그녀는 이런 종류의 사고에 대한 경각심을 일깨우기 위해 분주하다. 그녀는 앞서의 밴 사고에 대해 이렇게 말한다. “GPS가 태양 활동에 매우 취약하므로, 그것을 맹신하는 것은 바보짓이라는 점을 사람들에게 알리고자 했다.”

우주 기상의 효과는 클 수도 작을 수도 있다. C급 태양 플레어는 설령 앞서 사고처럼 자동차 한 대를 잡아먹었어도 거의 눈치 챌 수가 없다. 그러나 인간이 이러한 태양 활동을 주시해야 할 필요가 있다는 증거는 얼마든지 있다. 따라서 스코브는 갈수록 커지는 태양으로 인한 문제를 설명하는 데에 헌신했다. 아이러니하게도 태양이 있기에 인간이 지구에서 살 수 있는 것이지만 말이다. 그녀는 여자 우주 기상예보관이 되어 시청자들에게 우주를 보여주고 모두의 생활에 관련된 모든 수준의 우주 기상을 알려준다.


태양 폭풍을 연구하라 : 신형 우주 탐사선들은 태양 플레어(위)와 코로나 질량 분출(아래) 등의 시기를 더 잘 아는 데 도움을 줄 수도 있을 것이다.



태양 때문에 사람들이 아주 곤란해진 최근의 사건은 1989년 3월 10일에 있었다. 당시 천문학자들은 태양이 10억 톤의 가스를 시속 160만 km로 밀어내는 것을 관측했다. 코로나 질량 분출이었다. 이 때 태양 플레어도 함께 나왔다. 여기서 나온 태양 방사능은 빛의 속도로 날아와 지구에 8분 반 만에 도착했다. 대기권 상층에 충돌한 태양 방사능은 분자를 대전시켜 유럽과 러시아(당시 소련)를 포함한 지구 고위도 지역의 전파 통신을 차단했다. 이를 당시 사람들은 냉전 간섭이라고 불렀다. 이러한 통신 장애로 지대공 및 선대안 통신은 물론 단파 무선과 아마추어 무선 통신이 가장 큰 타격을 받았다.

진짜 큰 문제는 2일 후에 나타났다. 천천히 움직이는 자하 물질들이 도착하면서부터였다. 이 자하 물질들은 지구를 방사능으로부터 지켜주는 자기장을 타격했다. 자장 선을 튕기면서 대기 속 원자들을 때렸다. 이로서 발생한 북극광은 통상 북극에서만 보이지만, 이번에는 무려 남쪽의 텍사스에서까지도 보였다. 자하 물질들이 인공위성의 전자장치를 타격하자 인공위성들은 제 침로를 잃고 비틀거리기 시작했다. 이 태양 폭풍으로 GOES-7 기상 위성의 태양 전지 반이 날아갔으며, 위성의 수명도 반이 깎였다.

지구의 자장이 떨리면서 지상 전류도 만들어졌다. 나아가던 지상 전류는 퀘백 전력망의 빈틈과 마주쳤다. 지상 전류는 암반 대신 이 빈틈을 통해 전력망 속으로 들어갔고, 엄청난 부하가 걸리자 전력망의 회로 차단기가 작동했다. 3월 13일 오전 3시경 퀘백 전역이 정전되었다.

당시 퀘백은 추웠다. 지역에 따라서는 기온이 영하 15도에 이르기도 했다. 전기가 사라지자 난방도 불가능해졌다. 학교와 기업들은 휴업했다. 대중교통과 항공기도 사용할 수 없었다. 이 정전 때문에 600만 명이 최대 9시간 동안 고통 받았다.

현대 사회가 의존하고 있는 기기들은 태양 폭풍에 극히 취약하다. 미국 지구물리학회의 학회지 ‘우주 기상(Space Weather)’지에 실린 어느 작년 연구에 따르면 사상 최대 규모의 태양 폭풍으로 기록된 1859년의 캐링턴 사건과 같은 규모의 태양 폭풍이 또 올 경우, 그 영향을 예측했다. 그 경우 미국은 하루에만 420억 달러를 지출해야 한다. 그리고 그 후폭풍이 완전히 사라지기에는 최소 수 년, 길면 수십 년이 걸릴 수 있다. 전력망은 마비될 것이고, 은행에서 예금 인출도 불가능해진다. 기업들의 운영도 불가능해지며, 물 펌프조차도 작동시킬 수 없다. 전화기도 사용할 수 없다. 식량 사정도 나빠질 것이며, 정부는 통제력을 제대로 발휘할 수 없을 것이다. 콜로라도 주 보울더에 본부를 둔 미국 해양 대기청 산하 우주 기상 예보 본부의 프로그램 조정관인 빌 머태그는 “다른 종들과는 달리, 인류는 매우 큰 약점을 만들어냈다”고 말한다.

1994년까지만 해도 태양 폭풍은 주로 학자들의 논의 대상이었다. 그러다가 그 해 연방 정부가 태양 폭풍 연구를 지원하기 위해 국가 우주 기상 프로그램을 시작하기에 이른다. 1996년에 과학자들은 보울더에서 최초의 우주 기상 워크샵을 개최한다. 2007년 이래 이들은 매년 1번씩 만나 최신 연구 결과를 논의한다. 학계와 기업의 연구 보고서는 심지어 오바마 행정부에까지 경각심을 불러 일으켰다. 오바마 행정부는 지난 2014년 정부 및 민간을 아우르는 방어 전략을 구상하고 우주 기상 예보의 정확성을 향상시키기 위한 태스크 포스를 발족했다.

우주 기상 연구 기업인 ‘프레딕티브 사이언스’ 사의 피트 릴리가 펴낸 보고서에 따르면 앞으로 10년 이내에 캐링턴 사건 규모의 태양 폭풍이 지구를 덮칠 확률은 10%가 넘는다. 10%라니까 적은 확률로 보이지만, 캘리포니아에 대지진이 일어날 확률보다는 크다.


위협 수준 : 우주 물리학자인 스코브는 가정 스튜디오에서 예보 동영상을 찍는다.



머태그와 스코브 같은 과학자들은 매일 태양의 활동을 관찰한다. 그래서 이들은 태양이 대부분의 인간들이 알아차리지 못하는 방식으로 첨단 기술에 개입하는 방식을 알게 되었다. 이들은 퀘백 사고 같은 사고가 얼마나 위험한 것인지를 아주 잘 알고 있다. 스코브는 일반인들도 이런 점을 이해하기를 바란다. 그래서 그녀는 여자 우주 기상예보관이 되어 일반인들에게 태양의 격렬한 활동을 상세하게 전달하고 있는 것이다.

스코브는 산 페르난도 계곡의 자택에 직접 레코딩 스튜디오를 만들었다. 대부분의 사람들이 거기가 어딘지 떠올려야 할 만큼 로스앤젤레스에서 북쪽으로 떨어진 곳이다. 도로의 끝, 핸드 브레이크를 사용해 주차해야 할 만큼 경사진 이 곳에 사는 그녀는 이웃들보다 조금은 하늘에 더 가까이 있다. 그녀는 작년 가을부터 새로운 비디오를 만들기 시작했다. 태양 활동이 인간들에게 미치는 영향에 주의를 기울여야 하는 이유를 알리기 위해서다.

스코브의 앞에 있는 큰 모니터에는 트위터 통계를 보여주는 정지화면이 나와 있었다. 그녀는 우리가 사는 곳이 멋진 신세계라고 말했다. 완전한 신세계가 아니라 어느 정도의 신세계이기는 하지만 말이다. 그녀는 자신의 집 진입로 바로 옆의 어느 방에서 새로운 기상학 분야를 개척하고 있다. 그리고 오로라, 무선 통신 문제, GPS 오류 등의 정보들을 전 세계 커뮤니티에서 수집하고 있다.

그녀는 모니터에서 떨어져서 카메라로 갔다. 그녀의 오른쪽 벽에는 녹색 스크린이 걸려 있다. 방은 합성 조명으로 빛났다. 스타워즈의 라이트 세이버를 연상시키는 링라이트가 카메라를 둘러싸고 있었다. 방 건너편에는 따뜻한 느낌의 전구가 은색 페인트칠이 된 싸구려 우산을 비추고 있었다.

이 스튜디오는 그녀가 UCLA 대학원에서 우주 물리학을 공부하던 시절에 처음 만든 것이다. 당시 팝 얼터너티브 락 밴드의 멤버이던 그녀는 다른 음악가들의 녹음을 도와주는 제작사도 운영했다. 그녀는 대학원을 졸업한 후 에어로스페이스 코퍼레이션의 업무를 시작한 후에도 스튜디오를 계속 유지했다. 에어로스 페이스 코퍼레이션은 군, 우주기구, 민간단체의 연구개발 및 기술 이전을 지도하고 있다. 이곳에서 스코브는 인공위성으로 우주 기상을 연구했다. 그녀는 “나는 우주 기상에 대한 큰 그림을 보기 시작했다. 우주 기상이라는 말은 멋진 말은 아니지만, 달리 표현할 방법이 없다” 그녀의 직업과는 별도로, 그녀는 오디오 제작에서 비디오 제작으로 넘어갔다.

2012년 그녀가 태양의 위협에 대해 크게 우려하기 시작하면서 이 모든 것이 맞아 돌아가기 시작했다.

그녀는 사람들이 질문을 하는 곳인 트위터로 갔다. 그녀는 전문용어 없이 해답을 주었다. “우주 과학분야의 전문 용어 3개만 써도 트위터의 글자 수 제한을 초과한다.” 그녀는 곧 짧은 동영상도 만들어 이를 유튜브에 게시했다. 그러자 그녀에게는 태양에 대한 관심을 나타낸 별명인 여자 우주 기상예보관(Space Weather Woman)이라는 별명이 붙었다. 그녀의 동영상 스타일은 매우 강렬하다. 태양 플레어의 근접 촬영 사진을 보여주면, 시청자들은 태양을 1억 5천만 km 떨어진 신비의 천체가 아닌, 그녀와 자신들 곁에 있는 존재로 여기게 된다.


처음에 스코브는 자신이 여자 우주 기상예보관이라는 사실을 숨겼다. 그녀는 유튜브 방송에서는 결혼 후의 이름을 쓰고 학술 논문에서는 처녀 때의 이름을 썼다. 그녀는 이렇게 연성화된 과 학과 기존 학계 간의 궁합이 좋지 못할 거라고 생각했다. 그러나 어떤 우주 물리학자가 그녀의 동영상을 보고 이를 연구자 리스트서브에 보내자 동료들도 여자 우주 기상예보관이 그녀임을 알게 되었다. 동영상에서 사소한 오류를 잡아내는 과학자들도 있었다. 또 어떤 과학자들은 정확하지만 이해하기 어려운 전문용어를 쓰지 않는 그녀의 스타일을 마음에 들지 않아했다. 그녀는 타당한 비평은 받아들였다. 그런 비평 때문에 그녀는 언제나 정직하게 방송을 할 수 있었다. 그러나 부당한 비평은 신경 쓰지 않았다. “대중보다는 과학자들에게 비판을 받는 쪽이 더 낫다.”



현재는 연구자들도 그녀의 방송을 본다. 그녀의 방송에 는 트위터 팔로워 27,000명, 유튜브 구독자 11,000명이 있다. 오스트리아 과학 한림원의 우주 기상 과학자인 크리스티안 뫼스틀은 “이런 것은 다른 곳 어디에도 없다. 연구자들과 관심 있는 일반인들 모두가 그녀의 유튜브 비디오와 트위터 피드를 통해 상황을 보고 있다”고 말한다.

스코브의 열렬 팬들은 아마추어 무선사 커뮤니티에 있다. 이들은 핸드세트와 HAM 면허를 보유하고 있다. 이들 아마추어 무선사들은 그녀의 방송을 듣고 통신 상태를 악화 또는 개선시켜주는 우주 기상을 실시간으로 알 수 있다. 아마추어 무선사 톰 크로우는 ‘HAM 네이션’이라는 프로그램에서 처음 그녀의 예보를 접했다.“스코브 박사는 듣는 사람에게 바보가 되는 느낌을 주지 않으면서도 자세한 설명을 하는 재주가 있다.”

그 다음으로는 오로라 여행객들이 있다. 스코브의 예보를 들으면 언제 어디로 가야 오로라를 볼 수 있을지 알 수 있다. 그러나 이 때 정보는 양방향으로 흐른다. 현장의 리포터들도 스코브에게 오로라가 보이는 위치를 알려준다. “사람들이 서로 정보를 교류하면서 커뮤니티가 생기기 시작한다.”

스코브는 지구의 생명이 태양과 불가분의 관계임을 알면, 태양의 문제가 매우 중대한 것임을 알게 될 것이라고 믿는다. 그녀는 자신이 하는 일을 일반인들에게 더욱 친숙한 일기예보와 비교했다. 인간들은 어릴 때부터 크고 작은 기상 현상에 대해 들으면서 자란다. 그러나 우주 기상에 대해서는 그렇지 않다. “비를 본적도 없는 사람에게 허리케인의 위험성을 얘기하는 것과도 같다.”

사람들이 일단 이해만 하면, 다른 자연 재해와 마찬가지로 우주 극한 기상에 대해서도 대비할 수 있다. 비상용 물, 연료, 식품을 확보하고, 통신이 마비되어도 모일 수 있도록 계획을 짤 것이다. 그리고 오랜 기간 지속될 것에 대비해 보드 게임도 챙길 것이다.

여자 우주 기상예보관인 스코브는 NASA위성과 관측소에서 획득한 데이터를 대중을 위해 해석하는 최일선에 있다. 그러나 인공위성 운용사, 에너지 기업, 항공사 등 큰 조직들은 태양 현상의 영향에 대해 알아야 할 때면 우주 기상 예보 본부를 찾는다. 이 곳의 과학자들은 데이터를 해석해, 지구에 영향을 미칠 만큼 강한 태양 현상을 예보한다.

그런 태양 현상이 발생하면 이들은 전력 회사, 인공위성 운용사 등에 경보를 발령한다. 이들 경보는 1급에서 5급까지 나뉘어져 있으며 숫자가 클수록 강도가 높다. 2017년 말 현재 이들은 한 달에 약 100회씩 경보를 발령하고 있다. 경보가 내려지면 기술자들은 배전 루트를 변경하고, 통신 스케불을 변경하고, 위성 활동을 지연시킨다.

태양 현상이 매우 클 때면, 과학자들은 고도 활동실로 들어간다. 이 기밀실에서 과학자들은 업계의 거물들과 이야기한다. 이 곳에는 연방 재난관리청(FEMA)의 인터넷 사용 가능한 화상 회의 모니터를 가지고 있다. 모니터에는 마치 사무실용 냉장고 속 음식에 붙이듯이 라벨이 붙어 있다. FEMA는 앞으로 있을 태양 현상을 예측하여, 대규모 정전 사태 및 통신 두절 사태 등에 공동 대비하고자 한다. 머태그는 “통신은 생명의 문제다”라고 말한다.

2017년 9월, 구조대원들은 태양과 지구에서 동시에 허리케인이 일어나면 어떻게 되는지 알게 되었다. <어마>가 지상을 강타할 때 태양도 플레어와 코로나 물질 분출을 여러 차례 일으켰다. 태풍을 얻어맞은 카리브해 지역에서는 이 때문에 고주파 무선 통신이 불가능해졌다. 아마추어 무선사들로 이루어진 허리케인 감시망이 이러한 통신 두절을 보고했다.

태양 현상과 지구의 재해가 마주쳐 더 큰 파괴를 일으킨 것은 아니지만, 다음번에는 그럴 수 있다. 더욱 큰 태풍이 더욱 자주 일어나고, 이것이 태양 폭발과 시기를 함께한다면 특히 그렇다. 카테고리 5 허리케인과 마찬가지로, 다음 번 대규모 태양 폭발을 막을 방법은 없다. 인간이 할 수 있는 일은 다음 태양 폭발이 일어나는 시점과 강도를 예측하여 대비하는 것 뿐이다.

우주 기상 예보 본부에서는 곧 더욱 정확한 예측을 위해 데이터를 모을 것이다. 올해 NASA의 파커 태양 탐사선 등의 태양 관측선들이 발사될 것이다. 파커 태양 탐사선은 이제껏 발사된 그 어떤 탐사선보다 태양에 근접할 것이다. 그리고 태양과 지구를 관측하는 GOES 위성도 2018년과 2020년에 하나씩 더 발사된다. NASA의 과학자들은 국지 우주 기상예보를 위한 모델도 만들었다. 머태그는 “전 세계를 위한 애큐웨더스는 정보를 획득해 맞춤형 예보를 할 것이다”라고 말한다.

이러한 우주판 애큐웨더스는 아직 초창기 단계다. 스코브는 이것이 완성될 때까지 기다릴 시간이 없다. 태양 현상의 중요성을 사람들에게 알릴 방송국과 예보관, 해석관들 역시 마찬가지다.

그녀는 미국 기상학회와 함께 우주 기상 방송 인증을 만들고 있다. 그녀는 우주 기상계의 알 로커일지도 모른다. 그러나 알 로커도 그린 스크린 앞에 서서 호기심 있는 사람들에게 생활밀착형 우주 기상 예보를 해 줄 지방 예보관들이 필요하다.

“지금보다 10배, 100배 더 심한 상황을 상상해 보라고 하면, 메시지가 통할 것이다. 그들은 우리의 메시지를 정말로 확실히 알아들을 것이다.”




■ 마스터 블래스터
태양이 가하는 위험





태양이 주는 빛과 열은 지구상의 생명을 자라게 한다. 그러나 태양은 지구상의 생명에 위험을 가하기도 한다. 그것도 사람들의 피부를 그을리는 것에 그치지 않는다. 태양 표면의 변화는 플레어와 코로나 질량 분출을 일으킨다. 우주 물리학자들은 이런 현상이 벌어지는 이유를 아직 확실히는 모른다. 그러나 태양의 자장 변화를 그 원인으로 추측하고 있다. 태양 표면에 온도가 낮은 흑점이 나타나 강한 태양 현상이 일어날 때면 자장 변화를 매우 흔하게 볼 수 있다. 태양 플레어와 코로나 질량 분출 모두 지구에 재앙을 초래할 수 있다. 그 과정을 살펴본다.

태양 플레어
이 방사능 폭발은 빛의 속도로 전파되므로, 지구에 도착하는데 8분 반 밖에 걸리지 않는다. (1)플레어(2)전리층에 닿으면 (3)무선 통신, 특히 선대안 무선 통신에 지장을 준다. 보통 무선 통신 전파는 전리층에 반사되어 전 세계로 퍼져나가기 때문이다.

코로나 질량 분출
이러한 태양 물질 폭발에는 (4)플라즈마가 들어 있다. 뜨거운 자하 가스인 플라즈마는 지구를 향해 한 시간에 최대 1,078만km의 속도로 날아온다. 이 플라즈마가 (5)지구 자장에 부딪치면 (6)오로라를 만들어낸다. 그러나 플라즈마의 방출량이 너무 많으면 (7)GPS 위성을 교란하고, (8)전력망을 차단하여 인간 사회를 꼼짝 못하게 만들기도 한다.

- Mary Beth Griggs



서울경제 파퓰러사이언스 편집부 / By Sarah Scoles
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안재후 기자
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